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机器人控制方法PPT课件

机器人控制方法PPT课件

2021/3/7
CHENLI
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CHENLI
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CHENLI
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CHENLI
8
典型的控制方法
• 工业机器人要求能满足一定速度下的轨迹跟踪控制 （如喷漆、弧焊等作业）或点到点（PTP）定位控制 （点焊、搬运、装配作业）的精度要求，为了得到每 个关节的期望位置运动，必须设计一控制算法，算出 合适的力矩，再将指令送至驱动器。
CHENLI
16
控制系统硬件构成
• 以安川-MRC控制系统为例，介绍控制系统硬件结构
安川-MRC控制系统硬件结构框图如图1所示。 安川-MRC控制系统是一个分散型控制系统，系统共有8个相对独立的微处理器芯片 （即CPU）:SYS-CPU、M-CPU、ARITH-CPU、AXIS1-CPU、AXIS2-CPU、SL-CPU、I/O-CPU、PPCPU，下面分别加以介绍。 （1）SYS-CPU System-CPU即系统CPU，负责管理整个系统及协调工作。 （2）M-CPU Motioncutroc-CPU，负责完成运动控制工作，坐标变换轨迹规划等。 （3）ARITH-CPU Arithmetic-CPU即数学运算协处理器，负责浮点数运算，使系统运算 速度大大提高。 （4）AXIS1-CPU Axis-CPU即伺服控制CPU，负责第一、二、三轴的伺服控制功能，该 CPU级芯片运算速度高。 （5） AXIS2-CPU 功能同AXIS1-CPU控制对象为第三、四、五轴。 （6）I/O-CPU 负责处理并行I/O口信号，以及分散I/O串行口、I/O模拟量输入输出信 号等。 （7）SL-CPU 负责处理突发性外部I/O信号，可迅速允许查知信号有效，并快速做出相 应反应处理。 （8）PP-CPU 示教盒CPU (Program Pendant CPU）负责示教盒功能管理及操作。

机器人控制技术课件讲课资料

机器人控制技术课件讲课资料

*
机器人控制技术
机
1.1 引言
器 1.1.4 机器人控制系统
人
由于机器人的控制过程中涉及大量的坐标变换和插
及
补运算以及较低层的实时控制，所以，目前的机器人控
其
制系统在结构上大多数采用分层结构的微型计算机控制
控
系统，通常采用的是两级计算机伺服控制系统。
制
数学运算
原 人机对话 一级（上位机）通信 二级（下位机） 伺服
理
在控制过程中，工作人员可直接监视机器人的运动
状态，也可从显示器等输出装置上得到有关机器人运动
的信息。
*
机器人控制技术
机
1.1 引言
器 1.1.4 机器人控制系统
人
机器人控制系统的组成
及
1、硬件
其 控 制 原 理


人 机 对 话
控
制
器上
位
机
：
个
人
微
机型、计小算
机 数通学信运 数 据 存
算 储
下 位 机 ： 单 片 机 、控运制动器伺 服 驱 动

检
测传
感器内 外 部 部
传 传
感 感
器 器
：自 ：外
身运关动节状 部参环数境变
态 化
检 检
测 测
*
机器人控制技术
机
1.1 引言
器 1.1.4 机器人控制系统
人
机器人控制系统的组成
其
最后得出机器人各个关节的协调运动参数。这些参数经 过通信线路输出到伺服控制级作为各个关节伺服控制系
控
统的给定信号。关节驱动器将此信号D/A转换后驱动各 个关节产生协调运动，并通过传感器将各个关节的运动

机器人课件机器人控制ppt

机器人课件机器人控制ppt

经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
如果给系统加上一个幅值为T的阶跃力矩 干扰,则系统的稳态误差为:
T lim sT(s)keTKm
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
5.1.3机器人示教编程方式
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
5.1 概述
构成机器人控制系统的要素主要有：计算机硬 件系统及控制软件；输入／输出设备；驱动器； 传感器系统。它们之间的关系如图所示：
简化后:
d (s)
Ke
Km JS ( f KmKv)
1 S
(s)
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用

机器人控制技术课件PPT课件

机器人控制技术课件PPT课件
3、机器人的控制还必须解决优化、决策的问题。
第2页/共129页
1.1 引言
1.1.2 机器人控制方式
机器人的控制方式主要有以下两种分类： 1、按机器人手部在空间的运动方式分： （1）点位控制方式——PTP
点位控制又称为PTP控制，其特点是只控制机器 人手部在作业空间中某些规定的离散点上的位姿。
这种控制方式的主要技术指标是定位精度和运动 所需的时间。
第8页/共129页
1.1 引言 1.1.4 机器人控制系统
由于机器人的控制过程中涉及大量的坐标变换和插
补运算以及较低层的实时控制，所以，目前的机器人控
制系统在结构上大多数采用分层结构的微型计算机控制
系统，通常采用的是两级计算机伺服控制系统。
数学运算
人机对话 一级（上位机）通信 二级（下位机） 伺服
检测传感器内外部部传传感感器器：：自外身部关环节境运参动数状变态化检检测测
第11页/共129页
1.1 引言 1.1.4 机器人控制系统
机器人控制系统的组成 1、硬件——单片机应用
第12页/共129页
1.1 引言
1.1.4 机器人控制系统
机器人控制系统的组成
1、硬件——运动控制器介绍 运动控制器核
运动学、动力学和插补程序 作业任务程序编制环境程序
监控软件 实时监视、故障报警等程序
第16页/共129页
1.2 示教再现控制
作业任务 示教
关节产生运动 记忆 关节运动参数
手的运动
控制系统
再现
控制过程：
关节产生运动 驱动
驱动装置 反馈
示教人员将机器人作业任务中要求手的运动预先教
给机器人，在示教的过程中，机器人控制系统就将关节

第五章 机器人的控制基础PPT课件

第五章 机器人的控制基础PPT课件

3. 力（力矩）控制方式 在完成装配、抓放物体等工作时，除要
准确定位之外，还要求使用适度的力或力 矩进行工作，这时就要利用力（力矩）伺 服方式。
4. 智能控制方式 详见第六章。
三、机器人控制的基本单元
机器人控制系统的基本要素包括电动机、 减速器、运动特性检测的传感器、驱动电 路、控制系统的硬件和软件。
1－电枢绕组；2－电枢铁心；3－机座；4－主磁极铁心； 5－励磁绕组；6－换向极绕组；7－换向极铁心；8－主磁极
极靴；9－机座底脚； 直流电机横剖面示意图
2．直流电机的额定值
（1）额定功率：是指轴上输出的机械功率，单 位为kW。
（2）额定电压：安全工作的最大外加电压或输 出电压，单位为V(伏)。
•快速响应好 直流伺服电机：传统型和低惯量型两种类型。
传统型按定子磁极的种类分为两种，永磁式和 电磁式。永磁式的磁极是永久磁铁；电磁式的磁 极是电磁铁，磁极外面套着励磁绕组。
低惯量分为盘形电枢直流伺服电机、 空心杯电枢永磁式直流伺服电机及无槽电 枢直流伺服电机。
1一定子；2一转子 图5－3 盘型直流电机结构
• 1一转子(导线绕6空心杯1)；2一内定子； 3一外定子；4一磁极；5一气隙；6—导 线；7一内定子中的磁路
• 图5－4 杯型直流电机结构
在电枢控制方式下，直流伺服电机的主 要静态特性是机械特性和调节特性。
1．机械特性 直流伺服电机的机械特性公式，
n
Ua
CT
R
CeCT 2
n0
RT
CeCT 2
2. 交流伺服电机的转子有三种结构型式：
（1）高电阻率导条的鼠笼转子
国内生产的SL系列的交流伺服电机就 是采用这种结构。
（2）非磁性空心杯转子

《机器人控制》课件

《机器人控制》课件
总结词
描述机器人轨迹规划的方法和步骤。
详细描述
介绍机器人轨迹规划的定义、目的和意义，以及基于时间、基于距离、基于加速 度等轨迹规划方法，并给出相应的规划步骤和实例。
04
机器人控制算法
基于规则的控制算法
基础且常用
基于规则的控制算法是机器人控制中最为基础和常用的算法之一。它根据预先设 定的规则或逻辑，对机器人的运动进行控制。这种算法通常比较简单，易于实现 ，适合于一些简单的、确定性强的任务。
详细描述
介绍机器人运动学的定义、研究内容 、坐标系建立、运动学方程的建立等 基本概念，以及正运动学和逆运动学 的求解方法。
机器人动力学基础
总结词
描述机器人动力学的基础概念和原理。
详细描述
介绍机器人动力学的基本概念，如牛顿-欧拉方程、拉格朗日方程等，以及机器 人在各种运动状态下的动力学特性。
机器人轨迹规划
服务机器人应用实例
家庭服务
服务机器人进入家庭，提 供清洁、烹饪、照看老人 和儿童等服务，提高家庭 生活质量。
医疗护理
服务机器人在医疗护理领 域协助医生诊断、护理病 人，提高医疗服务水平。
旅游导览
服务机器人在旅游景区提 供导览服务，为游客提供 详细的信息和便利的导航 。
特种机器人应用实例
深海探测
特种机器人潜入深海进行资源勘探、海洋生物研 究等，拓展人类对海洋的认识。
《机器人控制》ppt课件
• 机器人控制概述 • 机器人感知与决策 • 机器人运动控制 • 机器人控制算法 • 机器人应用实例
01
机器人控制概述
机器人控制的基本概念
机器人控制
控制系统的目标
指通过预设的算法或指令，使机器人 按照要求完成一系列动作或任务的过 程杂、精确的 任务。

《机器人控制技术》课件

总结词
机器人控制技术是机器人技术的重要组成部分，它利用计算机系统对机器人的运动进行精确控制，实现各种复杂动作和任务。机器人控制技术具有高效性、精确性、可靠性和自主性等特点，能够提高机器人的作业效率和精度，降低故障率，增强机器人的自主性和适应性。
详细描述
总结词：机器人控制技术经历了从传统控制方式到现代智能控制方式的转变，其发展历程包括手动控制、程序控制、离线编程控制、示教再现控制和智能控制等阶段。
总结词
总结词：机器人运动控制技术广泛应用于工业制造、医疗康复、航空航天、服务娱乐等领域。详细描述：在工业制造领域，机器人运动控制技术被广泛应用于自动化生产线、装配线、焊接线等场合，能够提高生产效率、降低人工成本、保证产品质量。在医疗康复领域，机器人运动控制技术可以实现精细化的手术操作、康复训练等，有助于提高医疗水平和康复效果。在航空航天领域，机器人运动控制技术被用于无人机的飞行控制、空间机器人的姿态控制等，能够提高飞行和操作的稳定性和精度。在服务娱乐领域，机器人运动控制技术可以实现机器人的自主导航、人机交互等，提高服务质量和用户体验。
未来机器人运动控制技术的发展趋势包括智能化、模块化、标准化和网络化。
总结词
随着人工智能和计算机技术的发展，机器人运动控制技术将越来越智能化，能够实现自主学习和决策，提高机器人的自主性和适应性。同时，机器人运动控制技术将趋向于模块化和标准化，方便实现不同机器人之间的互操作和协同工作。此外，随着物联网和云计算技术的发展，机器人运动控制技术将实现网络化，能够实现远程控制和数据共享，提高机器人的可维护性和扩展性。
特点
实时性、准确性、可靠性和自适应性。实时性是指感知系统能够快速响应环境变化；准确性是指感知数据应尽可能精确地反映实际情况；可靠性是指感知系统应具有较高的稳定性和可靠性；自适应性是指感知系统应能根据环境变化进行自我调整和优化。

机器人控制概述及建模PPT课件(23页)


将M（q）带入 得
❖
1.后现代社会以大众文化的兴起为特 征，而 大众文 化要求 文化的 大众消 费性质 ，图像 以强有 力的视 觉冲击 力成为 实现大 众消费 的主要 途径。
❖
2.传统意义上的书籍，没有图像的填 充就被 边缘化 ，纯文 学也只 有借助 图像才 能走向 市场中 心、大 众视野 ，充斥 市场的 总是图 文并茂 的大众 读物， 这就形 成了当 下对文 学的消 费由读 字到读 图的转 变。
❖
3.当然，文学毕竟是图像无法取代的 ，人类 文明的 传播方 式从图 像过渡 到文学 ，就是 因为文 字的抽 象描述 、概括 能力是 超越图 像的。 文字通 过语言 唤起人 脑中的 想象， 其魅力 在于建 构一个 内视形 象，这 种内视 审美是 文学独 有的， 语言艺 术独有 的。
❖
4.文学独特的“味外之旨”、“韵外 之致” ，其丰 富性和 多重意 义，依 靠图像 是永远 无法接 近的。 图像的 直观性 正好切 断了这 种对文 字魅力 的省思 和想象 。
机器人模型的建立
❖ 2.1 机器人数学基础 ❖ 2.2 机器人运动学模型 ❖ 2.3 机器人动力学模型
2.1 机器人数学基础
❖ （1）位姿描述
1.位置的描述 刚体的位置可用它在某个坐标系中的向量来描述。
2.方位的描述 刚体的方位也称刚体的姿态。
❖ （2）坐标变换
坐标变换包括平移变换和旋转变换。 1.平移变换
式中， 表示末端坐标系{n}相对于基座{0}的位姿。
机器人运动学方程求解
1.代数法 代数法求解过程中，通过逐次在运动学方程式的两边同时
乘上一个齐次变换的逆，达到分离变量的目的。
2.几何法 通过几何图形求解角度值，求解过程中利用正弦定理、余

《机器人控制》课件


结语
对机器人控制的展望
机器人控制将在不断推动科技和社会的进步中发挥 越来越重要的作用，其潜力和可能性令人兴奋和期 待。
机器人控制的现状与未来
回顾机器人控制的发展历程，探讨目前的应用和技 术，展望未来的发展方向。
轨迹控制
在给定的路径上控制机器人的运动，使其按照规 定的轨迹执行任务。
力控制
通过控制机器人的力量和压力，使其能够应对不 同的物体和环境。
路径规划控制
通过路径规划算法来控制机器人的运动，使其能 够自动选择最优路径。
机器人控制的方法
1 PID控制
2 模糊控制
使用PID（比例、积分和微分）算法来控制机 器人的动作和位置。
1 人பைடு நூலகம்智能和机器学习的应用
将人工智能和机器学习技术与机器人控制相 结合，实现更智能和自主的机器人系统。
2 机器人与人类的合作
发展和研究机器人与人类之间的协作与合作 方式，实现人机协同工作。
3 安全问题的解决
解决机器人控制中的安全和伦理问题，确保 机器人操作的可靠性和安全性。
4 更大规模的应用
推动机器人控制技术的发展，使其能够在更 广泛的领域和场景中得到应用。
《机器人控制》PPT课件
欢迎来到《机器人控制》课件！本课程将介绍机器人控制的概念、种类、方 法、应用以及挑战与发展趋势。
概述
机器人控制是指通过控制器对机器人的行为进行管理和调整的过程。掌握机 器人控制的基本原理对于实现精准和灵活的机器人操作至关重要。
机器人控制的种类
位置控制
通过控制机器人的关节或末端执行器的位置来实 现精确的定位和操作。
医疗服务
机器人控制技术在手 术机器人和康复机器 人等医疗设备中的应 用，为患者提供更好 的医疗服务。

机器人控制PPT课件

专家控制器的典型结构
▪ 模糊控制系统(Fuzzy Control System)
➢ A new mechanism of control law of knowledge-based (rule-based) and even language-description.
须在伺服电路内引入补偿网络。
1．机器人位置控制任务分类：点到点的控制(如搬运、 点焊机器人)或连续路径的控制（如弧焊、喷漆机器人）。
2. 位置控制方法：关节空间控制结构和直角坐标空间 控制结构，分别见图5.11（a）和（b）所示。
位置、速度反馈控制
▪ 速度环：使关节电机表现出期望的速度特 性，通常通过驱动器的电流环控制
分解控制
基于计算力矩前馈补偿的多关节分解 控制
▪ 专家控制系统(Expert Control System)
➢ 几乎所有的专家控制都包括：knowledge base(知识库), reasoning engineer (推理机), rule set (控制规则集) and/or control algorithm.
在建立模型时，提出下列两个假设： （1）机器人的各段是理想刚体，因而所有关节都是 理想的，不存在摩擦和间隙。 （2）相邻两连杆间只有一个自由度，要么为完全旋 转的．要么是完全平移的。
笛卡尔空间位置控制
▪ Xd为笛卡尔空间期望位置，Xe为实际位置
从稳定性和精度的观点看，要获得满意的伺服传动性能，必
et d (t) m(t)
d (t)——期望关节角度，通过轨迹规划得到 m (t)——实际关节角度，通过传感器测量得到
控制器公式
▪ 比例控制器（P） ▪ 比例+积分控制器（P+I） ▪ 比例+微分控制器（PD）
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位姿：
1、位姿包含位置和姿态。矢量-位置； 坐标系-姿态。 2、不同算子对坐标系变换的作用。
为了研究机器人连杆间的位移关系，可以 在每个连杆上固联一个运动坐标系（称为 连杆坐标系或附体坐标系），然后研究各 坐标系（连杆）之间的关系。Denavit和 Hartenberg提出了一种建立连杆坐标系的 规则，用4×4的齐次变换矩阵来描述相邻 连杆间的位姿关系，进而推导出机器人手 部坐标系相对于机座坐标系的位姿矩阵， 建立机器人的运动方程。


0
C
S
0

.
S

C
0
0

0

0
S 0
C 0
0 0
1


0
0 1 d
0
0
1

C S 0
a


C

S

C C
S

S

d


S
S 0

SC 0
C 0
Cd 1

关键公式，便于便于求解 PUMA560
这次汇报以下方面：
一、工业机器人简介（类别、 参数、优点）
二、串联机器人正解和逆解
机器人的种类很多。可以按驱动形式、 用途、结构和智能水平等观点划分。
按几何结构分类：利用机构特性分类。 串联机器人：各连杆为串联 并联机器人：各连杆为并联
机器人基本组成及技术参数
工业机器人系统由三大部分六个子系统组成。 三大部分是：机械部分、传感部分、控制部分。 六个子系统是：驱动系统、机械结构系统、感受系统、机 器人-环境交互系统、人机交互系统、控制系统。
下周学习计划： 1、操作臂动力学。 （John J.Craig，机器人学导论） （蔡自兴，机器人学）
2、c语言程序设计
导师和同学指导意见：
谢谢！
END
主要技术参数： 1、自由度 2、重复定位精度 3、工作范围 4、最大工作精 度 5、承载能力
工业机器人的优点：
1.减少劳动力费用； 2.提高生产率； 3.改进产品质量； 4.增加制造过程的柔性； 5.减少材料浪费； 6.控制和加快库存的周转； 7.降低生产成本； 8.消除了危险和恶劣的劳动岗位。
串联机器人的控制是一个多输入多输出问 题。也就是说，需要矢量表示关节位置、 速度和加速度，控制律所计算的是各关节 驱动信号矢量。
连杆变换推导
i 1 p i R1T .QR T .QpT .PiT .i p i 1i T i R1T .QR T .QpT .PiT
Rx (i 1 ) .Dx ( ai 1 ).Rz (i ).Dz ( di )
1 0 0 0 1 0 0 a C S 0 0 1 0 0 0
这半个月我主要学习串联机器人的运动学 正解和逆解过程，即关节位置矢量。
机器人运动学研究的是机器人各连杆间的位移关 系、速度关系和加速度关系。我目前的学习主要 是位移关系，即研究的是机器人手部相对于机座 的位置和姿态。
串联机器人是一开式运动链，它是由一系列连杆 通过转动关节或移动关节串联而成的。关节由驱 动器驱动，关节的相对运动导致连杆的运动，使 手爪到达一定的位姿。
表示，四次变换的乘积就是第i坐标系相对于第i-1 坐标系的齐次变换矩阵。
PUMA560机器人的运动学逆解可能存在8 种解，在求解 1 和 3 时的正负号对应4种 可能解。另外，腕部的翻转又有两种可能 解。 虽然理论上存在8种可能解，但由于各关节 转角的限制，使得某些位姿下的运动学逆 解少于8个，在存在多解的情况下，应选择 当前的最优解。
一旦建立了每一个杆件的D－H坐标系，即可方便 的确定联系第i坐标系和第i-1坐标系的齐次变换矩 阵。只需以下四步变换：
①将 x i1 轴绕 z i1 轴转动 i 角，它同 x i 平行且指 向相同；
②沿 z i1轴平移 d i ，使 x i1和 x i 轴重合； ③沿 x i 轴平移a i ，使两坐标系原点重合； ④绕 x i 轴转动 i 角，使两坐标系完全重合。 这四种变换都可用基本平移、转动齐次变换矩阵
PUMA560机器人的运动学方程 PUMA560 有六个自由度，其关节全是转动关 节，其杆件坐标系的建立如下：
杆件坐标系建立法 给定一个n自由度的机器 人，其几何形态类似于人的手臂，本算法按 手臂的形态为每一杆件建立一个标准正交坐 标系。从机座开始到末端执行器逐个给坐标 系标号。相邻杆件间的关系可用4×4齐次变 换矩阵表示。这样建立的坐标系有助于制定 一种步骤统一的关节变量解法。
已知机器人各关节的位移值，求其手部 的位姿，这称为机器人运动学的正问题；
其逆问题则是：已知手部位姿，求解各 关节变量的位移值。
正问题和逆问题都与机器人连杆的结构 和参数有关。
运动学正问题和逆问题
演算示例：
分析PUMA560机器人运动学推导： 关键点：连杆参数表 步骤： 1、画图 2、填连杆参数表 3、代入公式计算
串联机器人控制
第一阶段：
研究问题：操作控制串联机器人
方法思路： 1、机器人控制理论 2、机器人空间运动学 3、机器人空间动力学
学习思路：
1、通过学习电路和PLC了解基础控制指令， 对控制有个基础认识，但机器人控制涉及矢 量变换和控制算法。 2、通过学习《机器人学导论》《数值分析》 《矩阵理论》，认识矢量变换和控制算法。 （目前只学习机器人运动学） 3、通过学习《现代控制理论》和PLC，控制 操作臂。


0
C
S
0

Байду номын сангаас.
0
1
0
0

.

S

C
0
0

.
0
1
0
0

0

0
S 0
C 0
0 0 0 1 0 0
1


0
0
0
1


0
0 1 0 0 0 1 d
0
0
1


0
0
0
1

1 0 0 a C S 0 0